KWC 수소 리포트

#11 수전해의 미래

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2020.06.29 / 1,139

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안녕하세요. 수전해/수소연료전지 기반 발전 시스템을 개발하는

(주)케이워터크레프트입니다.

지난 시간에는 현재 수전해의 이용에 관하여 알아보았는데요.

 

오늘은 수전해의 미래 전망에 대해 알아보겠습니다.

 

 

1. 수소시장 전망

지난 2017년 맥킨지의 세계 수소시장 전망 보고서(Hydrogen scaling up, 2017)에 따르면

세계 수소시장 규모는 2017년 1,292억 달러에서 연평균 6% 성장해

2050년 2조5,000억 달러 매출, 누적 3,000만 개 일자리 창출이 가능할 것으로 전망되었습니다.

또한 2050년 전 세계 수소 수요는

연간 78EJ(석유로 환산 시 약 132억 6,000만 배럴) 규모에 이를 전망입니다.

 

 

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2050 글로벌 수소 소비량 전망

출처. https://tech.hyundaimotorgroup.com

 

 

보고서는 수소가 지금은 주로 산업용 원료로써 활용되고 있지만,

수소 활용 분야의 기술 발전과 함께 수소 소비량이 가파르게 늘어날 것이라 예상합니다.

특히, 수소전기차 분야가 수소 수요 확대를 이끌고,

이후 연료전지가 다양한 분야에 보급돼 수소 소비가 점차 늘게 될 것으로 전망했습니다.

국내 수소시장도 지속 성장할 것으로 전망되는데요,

맥킨지는 2018년 한국 수소시장 전망 보고서를 통해

2050년 70조 원 매출과 누적 60만 개의 일자리 창출이 가능할 것으로 전망했습니다.

2. 수전해 기술의 가능성

 

과거 공업용으로만 사용되던 수소는 이제 화석연료를 대신할 새로운 에너지원으로 주목받고 있습니다.

수전해를 통한 수소생성은 화석연료를 사용하지 않는 수소경제의 최종적인 목표입니다.

하지만 수전해는 수소를 생성하는 데 전기를 필요하게 되므로,

상대적으로 전력의 가격이 높아져 경제성의 문제가 나타납니다.

따라서 태양광, 태양열, 풍력 등의 신재생에너지를 통해 얻어진 전력이 수전해에 사용될 때에야

비로소 상업적 사용을 기대할 수 있습니다.

 

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Central hydrogen production vs. distributed hydrogen production via electrolysis

출처. 수소 생산을 위한 물 전기분해 이해 및 기술동향(이재영, 이영미, 엄성현)

 

 


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Major Components of PEM-electrolysis Fueling Systems

출처. 수소 생산을 위한 물 전기분해 이해 및 기술동향(이재영, 이영미, 엄성현)

 

수전해기술의 최대쟁점은 전극에서의 과전압에 따른 에너지 손실입니다.

아래의 표에서 확인되듯이 산소발생전극인 anode의 경우

두 시스템 모두 비슷한 값의 과전압(0.3 V)을 가집니다.

반면에 수소발생전극인 cathode의 과전압은 알카라인 전해질을 사용하는 경우,

고체고분자전해질을 이용하는 경우보다 약 10배 이상의 과전압이 필요하며,

이러한 이유로 인해 전체 cell 전압도 높게 나타납니다.

즉 같은 양의 수소를 발생하기 위해서 더 많은 양의 전력이 필요하다는 것을 의미합니다.

알카라인 물 전기분해 시스템에서 현재 널리 사용 중인

cathode는 Ni, NIS, Mild Steel 등이며,

백금에 비해 수소발생에 대한 높은 과전압을 나타내는 문제점을 나타내고 있습니다.


 

 

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Comparison of Overpotential in Water Electrolysis

출처. 수소 생산을 위한 물 전기분해 이해 및 기술동향(이재영, 이영미, 엄성현)

 

 

또한 정제되지 않은 물을 사용할 경우 미량의 금속이온에 의해 형성되는 금속수산화물로 인해

전극의 내구성을 감소시키는 단점도 지니고 있습니다.

Anode 측에서의 전압 손실을 감소시키기 위해서는

전기화학 촉매의 성능을 향상시켜야 하며, 작동 온도를 더 증가시켜야 합니다.

물 전기분해를 통한 수소의 가격의 경제성을 위해서,

즉 보다 효율적인 셀 구성을 위하여 분리 막과 전기전도체의 개발도 병행되어야 합니다.

이와 더불어 비연속적인 에너지원(태양력, 풍력 등)을 통한 물 전기분해 시스템 운영 시,

공급에너지 변환에 따른 시스템의 개발도 고려해야 할 부분입니다.

원심력 및 초음파력을 이용한 물질전달 향상 연구를 통하여 시스템의 성능 제어에 이용할 수 있습니다.

나아가 연료전지 차량이나 이동형 연료전지에 이용할 수 있는 차량용이나 이동형 수소공급장치를 위하여

장치의 경량화와 소형화 연구도 필요합니다.

국내외 연구기관들은 셀 구성 재료의 저 가격화를 중심으로 하여 연구를 진행하고 있으며,

내구성 등 기계적 안정성면에서 실용화를 위해 한층 더 개선이 필요한 상태입니다.

 

 

참고문헌.

고온수증기전기분해(HTSE) 공정(신영준)

고효율 수전해 기술(우상국, 유주현, 문상봉)

수소 생산을 위한 물 전기분해 이해 및 기술동향(이재영, 이영미, 엄성현)

수소 혁명의 시대(김미선)

수전해 수소제조기술, 기후변화대응기술로 주목해야(김창희)

수전해 장치 기술 개요 및 전망(이택홍)

http://amenews.dadamedia.net

 

오늘은 수전해의 미래전망에 대해 알아보았습니다.

 

다음 시간에는 수전해가 실생활에 쓰이는 예시에 대해 소개해드리겠습니다.

 

 

 

 

 

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